Research on Acceptor Nature of the N : ZnO Thin Films

使用溶胶-凝胶法制备N:ZnO薄膜,用X射线衍射仪(XRD)对晶体结构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜表面形貌,用荧光光谱仪测量低温(8 K)及变温条件(8～200 K)下的光致发光(PL)光谱.分析了各个发射峰的形成机理,通过薄膜缺陷态发光和受主能级的关联性,计算出了N作为受主所需电离能的大小在0.255～0.31 eV范围内.研究结果为以后P型ZnO薄膜的制备和研究提供了依据.     

退火温度对掺氮ZnO薄膜结构和光电特性的影响

采用Zn3N2热氧化法在直流磁控溅射设备上制备了掺氮Zn0薄膜(ZnO:N),研究了不同退火温度对样品结构和光电特性的影响.X射线衍射谱(XRD)结果表明,Zn3N2在600℃以上退火即可转变为Zn0:N薄膜.X射线光电子能谱(XPS)发现,在热氧化法制备的ZnO:N薄膜中,存在两种与N相关的结构,分别是N原子替代O(受主)和N2分子替代O(施主),这两种结构分别于不同的退火温度下存在,并且700℃下退火的样品在理论上具有最高的空穴浓度,这一点也由霍尔测量结果得到证实.同时,从低温PL光谱中观察到了与N.受主有关的导带到受主(FA)和施主-受主对(DAP)的跃迁,并由此计算出热氧化法制备的ZnO:N薄膜中的N.受主能级位置.     

退火温度对掺氮Zn0薄膜结构和光电特性的影响

采用Zn3N2热氧化法在直流磁控溅射设备上制备了掺氮Zn0薄膜(ZnO:N),研究了不同退火温度对样品结构和光电特性的影响.X射线衍射谱(XRD)结果表明,Zn3N2在600℃以上退火即可转变为Zn0:N薄膜.X射线光电子能谱(XPS)发现,在热氧化法制备的ZnO:N薄膜中,存在两种与N相关的结构,分别是N原子替代O(受主)和N2分子替代O(施主),这两种结构分别于不同的退火温度下存在,并且700℃下退火的样品在理论上具有最高的空穴浓度,这一点也由霍尔测量结果得到证实.同时,从低温PL光谱中观察到了与N.受主有关的导带到受主(FA)和施主-受主对(DAP)的跃迁,并由此计算出热氧化法制备的ZnO:N薄膜中的N.受主能级位置.     

脉冲激光沉积法Li-N双受主共掺p型ZnO薄膜的生长及其特性

采用脉冲激光沉积技术制备了Li-N双受主共掺杂p型ZnO薄膜,其中Li来自Li掺杂ZnO陶瓷靶,N来自N2O生长气氛.室温Hall测试发现Li-N共掺p型ZnO薄膜的最低电阻率为3.99Ω·cm,迁移率为0.17cm2/(V·s),空穴浓度为9.12×1018cm-3.PL谱测试发现了与Li受主和N受主态相关的发光峰,其受主能级分别约为120和222meV.由p-ZnO:(Li,N)薄膜制备的ZnO同质p-n结具有整流特性.     

脉冲激光沉积法Li-N双受主共掺p型ZnO薄膜的生长及其特性

采用脉冲激光沉积技术制备了Li-N双受主共掺杂p型ZnO薄膜,其中Li来自Li掺杂ZnO陶瓷靶,N来自N2O生长气氛.室温Hall测试发现Li-N共掺p型ZnO薄膜的最低电阻率为3.99Ω·cm,迁移率为0.17cm2/(V·s),空穴浓度为9.12×1018cm-3.PL谱测试发现了与Li受主和N受主态相关的发光峰,其受主能级分别约为120和222meV.由p-ZnO:(Li,N)薄膜制备的ZnO同质p-n结具有整流特性.     

自然掺杂及N-Al共掺杂ZnO薄膜的发光特性

采用螺旋波等离子体辅助溅射技术制备了自然掺杂及N-Al共掺杂ZnO薄膜,对两种不同类型掺杂薄膜的低温光致发光(PL)特性进行了研究。实验结果表明,二者均呈现出了较强的与受主能级相关的发光特征,自然掺杂薄膜的光致发光谱在404.0 nm处出现了由于锌空位产生的近带边发光,N-Al共掺杂薄膜的光致发光谱在383.0 nm处出现了N作为受主的施主-受主对(DAP)跃迁发光。两种薄膜的发光特性比较分析表明,N-Al共掺杂技术能够有效提高N的固溶度,N受主能级密度增加使薄膜表现出较强的施主-受主对跃迁发光,表明该技术为实现p型ZnO薄膜制备的有效方法。     

退火温度对掺氮ZnO薄膜结构和光电特性的影响

采用Zn3N2热氧化法在直流磁控溅射设备上制备了掺氮ZnO薄膜（ZnO：N）,研究了不同退火温度对样品结构和光电特性的影响.X射线衍射谱（XRD）结果表明,Zn3N2在600℃以上退火即可转变为ZnO：N薄膜.X射线光电子能谱（XPS）发现,在热氧化法制备的ZnO：N薄膜中,存在两种与N相关的结构,分别是N原子替代O（受主）和N2分子替代O（施主）,这两种结构分别于不同的退火温度下存在,并且700℃下退火的样品在理论上具有最高的空穴浓度,这一点也由霍尔测量结果得到证实.同时,从低温PL光谱中观察到了与No受主有关的导带到受主（FA）和施主-受主对（DAP）的跃迁,并由此计算出热氧化法制备的ZnO：N薄膜中的No受主能级位置.     

衬底温度对ZnO:N薄膜结构和光学性能的影响

利用超声喷雾热解方法,以不同的沉积温度(450～510℃)在石英衬底上制备出具备较高光学质量的氮掺氧化锌(ZnO:N)薄膜。通过X射线衍射(XRD)谱研究了薄膜的结构,用扫描电子显微镜(SEM)研究了薄膜的表面形貌,用紫外可见(UV)分光光度计、光致发光(PL)谱对薄膜的光学特性进行了测试分析。结果表明,所制备薄膜在可见波段具有较高透过率,并且沉积温度对ZnO:N薄膜的透过性能有很大影响。在衬底温度为500℃时得到的ZnO:N薄膜为六角纤锌矿结构,结晶质量最好、光透过率最高。PL谱的测试结果显示,在该条件制备的ZnO:N薄膜只在389.4nm处有一个较强的近带边紫外发光峰。     

p型ZnO薄膜制备的研究进展

ZnO是一种性能优异的"低温蓝光工程"宽带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,但因本征施主缺陷和施主杂质引起的自补偿效应等使ZnO很难有效地实现n型向p型导电的转变。为此,阐述了ZnO薄膜的p型掺杂机理,介绍了国内外研究者在抑制自补偿、提高受主掺杂元素固溶度及寻求合适的受主掺杂元素等方面p型ZnO薄膜的最新研究进展。研究表明:增加ZnO材料中N原子固溶度的各种办法如施主-受主共掺杂、超声雾化气相淀积及本征ZnO薄膜在NH3气氛下后退火等和选择IB族中的Ag为受主掺杂元素是实现ZnO薄膜p型导电的有效措施。期望通过本综述能为国内ZnO基器件应用的p型ZnO薄膜的制备提供新思路。     

掺氮ZnO薄膜的光致发光特性研究

采用射频磁控溅射技术,通过改变O2:N2比在玻璃衬底上制备不同浓度N掺杂的ZnO薄膜,研究了掺杂薄膜的光致发光(PL)特性.观察到370～380 nm、390～405 nm附近的2个荧光峰.结果表明,随着薄膜中N掺杂量的不同,荧光峰峰位发生了相应的变化,强度也发生了明显的变化.当Ar:O2:N2为15:7:8时,薄膜中N含量最多,分别在374 nm、391 nm处出现了发光峰且发光强度最佳,此时薄膜已明显表现出p型ZnO薄膜的特征.     

N+注入ZnO薄膜表面性质的变化

用直流反应磁控溅射法制备ZnO薄膜,将N+注入ZnO薄膜经快速热退火(RTA)后,通过XRD,AFM,UV-VIS-NIR分光光度计等比较了N+注入后ZnO薄膜的电阻率、导电类型、表面形貌和可见光透过率等的变化。经不同条件处理后的ZnO薄膜均具有相同的择优取向(002)。经RTA后颗粒普遍增大;N+注入后经RTA颗粒增大明显,最大有1μm。N+注入后,使ZnO膜的导电类型由原来的n型转变为弱p型。     

p型掺杂ZnO薄膜的光致发光特性研究

采用磁控溅射技术,以N2作为p型掺杂源,制备p型N掺杂ZnO薄膜,着重研究了不同掺杂量的N掺杂ZnO薄膜的光学特性。结果表明,掺杂ZnO薄膜在360 nm、380 nm处出现主荧光峰,409 nm、440 nm处出现次荧光峰,而且随着N掺杂量的不同,主、次荧光峰 峰位和强度都会发生变化。当O2∶N2的体积流量比为15∶5时,薄膜中N含量最大,荧光谱中发光峰强度最佳,霍尔效应检测薄膜具有明显的p型导电特征。     

半导体物理

0617058Ta2O5/ZnO绝缘体-半导体界面研讨=Investigationson Ta2O5/ZnO insulator-semiconductor interfaces〔刊,英〕/S.K.Nandi,W.-K.Choi//Electronics Letters.—2002,38(22).—1390(E)0617059ZnO同质p-n结的研究〔刊,中〕/杨晓杰//真空科学与技术学报.—2006,25(增刊).—101-104(L)调节反应气体中O2的比例和RF电源的功率可以增加本征施主V0的形成焓,降低本征受主Vzn和Oi的形成焓,制备出p型ZnO薄膜;采用掺杂金属Al制备出低电阻n型ZnO薄膜,在此基础上得到性能可观的ZnO同质p-n结。参250617060DMCPS电子回旋共振等离子体沉…     

MgZnO∶N薄膜中Mg对N掺杂热稳定性的影响

N作为ZnO常见的受主杂质,其热稳定性是影响ZnO p型掺杂的关键因素。通过MOCVD法在石英衬底上生长MgZnO∶N薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计、拉曼光谱仪等手段表征薄膜的基本性质和N相对含量,并设计热力学实验分析N的热稳定性机理。结果表明,生长获得了高晶格质量、高透射率、低Mg组分的MgZnO∶N薄膜;相比于ZnO∶N薄膜,MgZnO∶N薄膜具有更高的N含量和热稳定性;热力学实验结果进一步证实Mg_3N_2具有比Zn_3N_2更高的热稳定性,这是Mg提高ZnO掺杂N的效率和热稳定性的原因。该工作对ZnO薄膜的p型掺杂研究具有重要指导意义。     

氧化锌薄膜生长与ZnO基薄膜晶体管制备

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长ZnO薄膜.XRD测试显示出(002)晶面的强衍射峰,表明生长的ZnO 薄膜是主度的c轴取向.基于 ZnO 薄膜基础,我们制备了 ZnO 基薄膜晶体管.     

PLD法制备透明ZnO薄膜的主要点缺陷研究

采用脉冲激光沉积(PLD)法在石英衬底上制备了ZnO薄膜。为研究ZnO薄膜内部主要点缺陷,我们用(002)ZnO单晶与ZnO薄膜作对比,并进行了霍尔测试、X线衍射(XRD)和光学透射谱等基本表征。霍尔测量得到的高的霍尔迁移率及XRD图表明,制备的ZnO薄膜结晶良好,具有沿c轴高度择优取向。同时,ZnO薄膜衍射峰相对于单晶向大角度方向发生了漂移。透射谱表明,ZnO薄膜在可见光区透过率为75%,吸收带边相对于单晶发生蓝移。各种表征手段证明PLD法制备的ZnO薄膜主要点缺陷为Zn填隙(Zni)。     

利用P-MBE在Si（111）衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究

在Si(111)衬底上利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)生长氧化锌(ZnO)薄膜，研究了在不同衬底生长温度下(350～750℃)制备的ZnO薄膜的结构和光学性质．随着衬底温度的升高，样品的X射线及光致发光的半高宽度都是先变小后变大，衬底温度为550℃样品的结构及光学性质都比较好，这表明550℃为在Si(111)衬底上生长ZnO薄膜的最佳衬底温度；同时，我们还通过550℃样品的变温光致发光谱(81～300K)研究了ZnO薄膜室温紫外发光峰的来源，证明其来源于自由激子发射．     

氧分压对PLD法生长Si(111)基ZnO薄膜性能的影响

在不同氧分压下用脉冲激光沉积(PLD)法在n型硅(111)衬底上生长ZnO薄膜。通过对其进行XRD、傅里叶红外吸收(FTIR)和光致发光谱(PL)的测量,研究了氧分压对PLD法制备的ZnO薄膜的结晶质量和发光性质的影响。XRD显示,氧分压为6.50Pa时可以得到结晶质量最佳的ZnO薄膜。PL谱显示,当氧分压由0.13Pa上升至6.50Pa时,位于380nm附近的主发光峰的强度最大。当氧分压进一步上升至13.00Pa时,主发光峰减弱,与氧空位有关的发光峰消失,显示出ZnO薄膜的PL谱和氧分压的大小密切相关。     

ZnO薄膜的射频磁控溅射制备及性能研究

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的ZnO薄膜.对薄膜的结构和性能进行了研究.所制备的ZnO是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向.ZnO薄膜的霍尔迁移率和载流子浓度分别为8×104m2/(V·s)和11.3×1020 cm-3.     

直流反应磁控溅射Al,N共掺方法生长p型ZnO薄膜及其特性

报道了利用直流反应磁控溅射以Al,N共掺杂技术生长p型ZnO薄膜 .ZnO薄膜在不同衬底温度下沉积于α Al2 O3 (0 0 0 1)衬底上 ,N来自NH3 与O2 的生长气氛 ,Al来自ZnxAl1-x(x =0 9)靶材 .利用XRD ,AFM ,Hall,SIMS和透射光谱对其性能进行了研究 .结果表明 ,ZnO薄膜具有高度c轴择优取向 ,4 5 0℃、6 0 0℃分别实现了p型转变 ,电阻率为 1e2 ～ 1e3 Ω·cm ,载流子浓度为 1e15～ 1e16cm-3 ,迁移率为 0.5～ 1.32cm2 / (V·s) .薄膜中Al原子促进了N原子的掺入 .实验还表明 ,p ZnO薄膜在可见光区域具有很高的透射率 (约为 90 % ) ,室温下光学带宽为 3 2 8eV